[发明专利]用于捕集二氧化碳分离膜材料聚乙烯基胺制备方法

说明书

本发明涉及用于捕集二氧化碳分离膜材料聚乙烯基胺制备方法。通过对聚合反应的引发剂浓度、单体浓度、聚合温度以及聚合时间进行调控，获得高分子量的PVAm。将高分子量的PVAm刮涂于聚砜超滤膜上，并将其作为分离层材料制备高性能CO₂分离复合膜，所制备膜平整光滑。高分子量PVAm的制备工艺可用于放大生产，为批量制备CO₂分离复合膜分离层提供原材料。同时，该CO₂分离复合膜制备方法简单，性能优异。将所制备的CO₂分离复合膜进行混合气(CO₂/N₂ 15/85)测试，CO₂渗透速率达到300GPU以上，CO₂/N₂分离因子达到50以上。

技术领域

本发明属于气体分离膜材料制备领域；涉及一种通过综合调控基团、分子和聚集态等多层次优化分离膜关键材料制备工艺,获得高分子量的关键材料聚乙烯基胺，特别是涉及用于捕集二氧化碳分离膜材料聚乙烯基胺制备方法。

背景技术

随着经济全球化的发展，环境问题和能源问题已经成为经济发展中亟须解决的问题。煤、石油等传统化石能源的燃烧带来了严重的环境污染问题。CO₂的大量排放造成全球气候变化，生态系统遭到破坏。CO₂减排成为全球性的重大课题。目前常见的CO₂分离技术包括深冷分离法、吸附法、吸收法和膜分离法。膜分离法具有固定投资少、操作简单、能耗低以及占地面积小等特点，在烟道气CO₂捕集领域具有良好的发展前景。目前用于气体分离的聚合物膜具有良好的机械稳定性、易于放大以及廉价易得等特点，受到了研究者们的广泛关注。CO₂分离膜有扩散选择机制膜、溶解选择机制膜、反应选择机制膜和分子筛分选择机制膜。常见的CO₂分离膜材料有醋酸纤维素、聚砜、聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷、交联乙烯型嵌段共聚物、聚乙烯亚胺、位阻型聚丙烯基胺。上述的CO₂分离膜材料功能基团较少，其渗透选择性能较低,目前用于CO₂/N₂分离复合膜的渗透速率为30～50GPU，分离因子20～40。

发明内容

为了解决现有技术的问题，我们进行了研究和试验发现，聚乙烯基胺(PVAm)是一种具有CO₂促进传递作用的高分子聚合物，该聚合物含有大量氨基，能够在水分子的参与下与CO₂分子产生强烈的亲和作用，具有较高的渗透选择性能。目前，商品化PVAm主要用于造纸以增强纸力、助滤、助留和定着效果以及作为絮凝剂使液体澄清。商品化PVAm主要为碱性水解，其水解度很高，氢键作用力过强。导致其结晶度很高，分子链难以延长。由于其结晶度高、分子量低，直接作为CO₂分离膜材料的成膜性差、渗透选择性能低，限制了其在CO₂分离膜领域的应用。为进一步获得更优的成膜性、更低结晶度以及更高性能的聚乙烯基胺材料，同时获得高分子量和高单体转化率，分离层关键材料PVAm的制备工艺需要进一步进行优化。本反应为典型的自由基聚合反应。

本发明通过对聚合反应的引发剂浓度、单体浓度、聚合温度以及聚合时间进行调控，获得高分子量的PVAm。将高分子量的PVAm刮涂于聚砜超滤膜上，并将其作为分离层材料制备高性能CO₂分离复合膜，所制备膜平整光滑。高分子量PVAm的制备工艺可用于放大生产，为批量制备CO₂分离复合膜分离层提供原材料。同时，该CO₂分离复合膜制备方法简单，性能优异。将所制备的CO₂分离复合膜进行混合气(CO₂/N₂ 15/85)测试，可以获得优异的CO₂渗透速率以及CO₂/N₂分离因子。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种用于捕集二氧化碳分离膜材料聚乙烯基胺制备方法，其特征是步骤如下：